Starke Magnetfelder entstanden offenbar schon kurz nach dem Urknall
Wie 3D-Computersimulationen zeigen, ist eine Magnetfeldverstärkung durch turbulente Strömungen auch unter extremen physikalischen Bedingungen möglich und kann damit bereits in einer Frühphase des Universums aufgetreten sein.
Sowohl das Gas zwischen den Sternen einer Galaxie als auch die Materie zwischen den Galaxien ist magnetisiert. Wie diese Magnetfelder, die sich mit Teleskopen beobachten lassen, entstanden sind, ist bisher jedoch kaum bekannt. Jetzt liefert ein Team um den Astrophysiker Christoph Federrath von der Universität Heidelberg eine Erklärung: Der zugrundeliegende Mechanismus ist die Verstärkung anfänglich schwacher Magnetfelder durch turbulente Strömungen, wie sie auch im Erdinnern und der Sonne oder – wie vorhergehende Studien dokumentieren – bereits im frühen Universum vorhanden sind. Diese Turbulenzen sorgen dafür, dass magnetische Felder exponentiell anwachsen. Wie die computerbasierten Modellrechnungen gezeigt haben, ist dies auch unter vermeintlich ungünstigsten physikalischen Voraussetzungen möglich – also schon unmittelbar nach dem Urknall, als die ersten Sterne im Universum entstanden sind.
Abb.: Die turbulenten Magnetfeldstrukturen unterscheiden sich je nach physikalischen Bedingungen: Das Innere der Sonne ist beispielsweise nur wenig komprimierbar und durch Unterschallströmungen bestimmt (o. l.), wohingegen starke Kompressionen und Überschallturbulenz vermutlich das Plasma des frühen Universums dominierten (u. r.; Bild: C. Federrath, U. Heidelberg)
Die Astrophysiker nutzen für ihre Arbeit dreidimensionale Computersimulationen, die mit mehr als 32.000 Prozessoren parallel berechnet wurden. Sie demonstrieren den Einfluss der turbulenten Strömungen auf das Magnetfeld, es entsteht ein turbulenter Dynamo, der die dynamischen Eigenschaften der Materie verändern kann.
Die Wissenschaftler aus Heidelberg, Hamburg, Göttingen und Lyon wollen nun mehr über die dynamische Bedeutung dieser Magnetfelder und ihre Auswirkungen auf die ersten Sterne und Galaxien herausfinden. Aufgrund der Existenz von Magnetfeldern ist es insbesondere denkbar, dass es bereits bei den ersten Sternen zu Materie-Ausflüssen gekommen ist, wie sie auch heute bei jungen Sonnen wie den T-Tauri-Sternen zu sehen sind.
U. HD / OD
